AC/DC-Strommessung Aufklappbare Stromsensoren messen AC und DC bis 500 A

Yokogawa erweitert seine CTS-Serie um zwei aufklappbare AC/DC-Stromsensoren. Der CT500SA misst bis 500 A bei einer Bandbreite bis 500 kHz, der CT200SA bis 200 A bei bis zu 1 MHz. Vorgesehen sind die Sensoren unter anderem für Messungen an Wechselrichtern, elektrischen Antrieben und Fahrzeugkomponenten.

Bei Wechselrichtern, elektrischen Antrieben und Fahrzeugkomponenten müssen Entwickler zwei Anforderungen zusammenbringen: Der Sensor muss hohe Ströme erfassen und zugleich die schnellen Signalanteile der Leistungselektronik abbilden. Gerade bei PWM-betriebenen Wechselrichtern enthält der Ausgangsstrom neben dem Grundsignal zahlreiche Oberwellen. Für die Wirkungsgradmessung kommt außerdem die Phasenabweichung zwischen Strom- und Spannungskanal hinzu.

In bestehenden Prüfaufbauten ist eine weitere Randbedingung relevant: Der zu messende Leiter soll häufig nicht aufgetrennt oder umverdrahtet werden. Aufklappbare AC/DC-Stromsensoren ermöglichen eine galvanisch getrennte Messung an vorhandenen Leitungen. Ihre Genauigkeit hängt dabei nicht nur vom Nennstrom ab, sondern auch von Frequenz, Temperatur, Leiterposition, externen Magnetfeldern und der korrekten Entmagnetisierung des Sensors.

Yokogawa Test & Measurement erweitert sein Angebot an Stromsensoren um die Modelle CT500SA und CT200SA. Beide Sensoren erfassen Gleich- und Wechselströme und lassen sich aufgrund ihrer geteilten Bauform an bereits installierten Leitungen anbringen. Der Strompfad muss dafür nicht aufgetrennt werden.

Der CT500SA ist für einen AC/DC-Nennstrom von 500 A ausgelegt und erreicht eine typische Bandbreite von DC bis 500 kHz. Der CT200SA deckt einen Nennstrom von 200 A ab und arbeitet mit einer typischen Bandbreite von DC bis 1 MHz. Die Angaben beziehen sich auf die -3-dB-Bandbreite; sie beschreiben nicht automatisch den Bereich, in dem der Sensor die volle spezifizierte Messgenauigkeit erreicht.

Technischer Anschluss

Beide Sensoren geben ein analoges Spannungssignal über einen BNC-Anschluss aus. Der Umsetzungsfaktor beträgt beim CT500SA 4 mV/A, beim CT200SA 10 mV/A. Für den Betrieb benötigen die Sensoren eine symmetrische Versorgungsspannung von ±12 V. Abhängig vom Messgerät kann die Versorgung über die Messhardware oder das externe Netzteil 701934 bereitgestellt werden.

Eine Besonderheit ist die Möglichkeit, das Ausgangssignal aufzuteilen und parallel einem Leistungsmessgerät sowie einem Gerät zur Wellenformerfassung zuzuführen. So lassen sich Leistungswerte und Stromverlauf in einem Messaufbau erfassen. Yokogawa weist allerdings darauf hin, dass durch die geteilten Ausgänge zusätzliche Messunsicherheit entsteht.

Fluxgate-Prinzip für AC/DC-Messungen

Yokogawa setzt bei beiden Sensoren auf das Fluxgate-Messprinzip. Anders als ein konventioneller Stromwandler kann ein solcher Sensor neben Wechselstrom auch Gleichstrom erfassen. Die galvanische Trennung zwischen dem Primärleiter und der Messelektronik bleibt dabei erhalten.

Für den CT500SA gibt Yokogawa bei Gleichstrom sowie im Frequenzbereich von 0,1 Hz bis 100 Hz eine Amplitudengenauigkeit von ±(0,09 Prozent vom Messwert +0,01 Prozent vom Messbereich) an. Beim CT200SA beträgt die entsprechende Angabe ±(0,1 Prozent vom Messwert +0,01 Prozent vom Messbereich). Die Werte gelten unter den im Datenblatt genannten Bedingungen, unter anderem bei definierten Temperaturen, mindestens 30 min. Warmlaufzeit, zentrischer Leiterposition und nach einer Entmagnetisierung.

Mit steigender Frequenz nimmt der spezifizierte Amplitudenfehler zu. Beim CT500SA beträgt er zwischen 100 kHz und 200 kHz beispielsweise ±(5 Prozent vom Messwert +0,02 Prozent vom Messbereich). Beim CT200SA gilt dieser Wert für den Bereich von 200 kHz bis 500 kHz. Die Bandbreite bis 500 kHz beziehungsweise 1 MHz ist somit nicht mit einer entsprechend hohen Genauigkeit über den gesamten Bereich gleichzusetzen.

Für die Phasenabweichung nennt Yokogawa bei beiden Sensoren im Bereich von 0,1 Hz bis 1 kHz einen Wert von ±0,1 °. Auch diese Angabe gilt unter definierten Messbedingungen. Bei höheren Frequenzen steigt der Phasenfehler an; für Messungen mit Leistungsmessgeräten kann eine Sensorkorrektur erforderlich sein.

Die Sensoren verfügen über ein 110 mm x 62 mm x 25 mm großes Hauptgehäuse und werden über einen BNC-Anschluss mit dem Messgerät verbunden. Vorgesehen ist der Einsatz mit Leistungsmessern der WT-Serie, ScopeCordern und DLM-Oszilloskopen von Yokogawa.

Für Wechselrichter- und Antriebstests

Die Sensoren eignen sich vor allem für Messaufgaben, bei denen hohe Ströme und dynamische Stromverläufe gemeinsam betrachtet werden müssen. Das ist beispielsweise bei Wechselrichtern, elektrischen Antrieben und Komponenten von Elektrofahrzeugen der Fall. Dank der aufklappbaren Bauform sind Messungen an bereits installierten Leitungen möglich, ohne den Strompfad aufzutrennen. Eine Öffnung von maximal 20 mm begrenzt die Auswahl allerdings auf entsprechend dimensionierte Leiter.

Für reproduzierbare Messergebnisse muss der Leiter möglichst zentrisch im Messfenster liegen. Yokogawa spezifiziert den Einfluss der Leiterposition mit höchstens ±0,1 Prozent vom Messwert. Die Angabe gilt unter den im Datenblatt genannten Bedingungen, unter anderem bei einem definierten Leiterdurchmesser und einer Stromstärke von 100 A bei 50 oder 60 Hz.

Zusätzlich können externe Magnetfelder das Messergebnis beeinflussen. Der Hersteller gibt für den CT500SA und den CT200SA einen Einfluss von höchstens 50 mA als Eingangsumrechnungswert bei einem Magnetfeld von 400 A/m an. Vor der Messung muss der Sensor aufgewärmt, entmagnetisiert und der Offset abgeglichen werden.

Die Haupteinheit ist für einen Betriebstemperaturbereich von -40 bis 85 °C ausgelegt. Für die Sub- und IV-Einheit gilt dagegen ein Temperaturbereich von 5 bis 40 °C. Die Stromsensoren CT500SA und CT200SA sollen am 9. September 2026 auf den Markt kommen. (heh)

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